KR20200066943A - Cell stimulation apparatus, ultrasound and electric stimulation apparatus - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a cell stimulation apparatus comprising: an electrode unit in which an electrode element is installed; a pMUT element which is spaced apart from and above the electrode unit and generates ultrasonic waves by means of an applied voltage; and a well element which is installed between the electrode unit and the pMUT element and forms a cell chamber together with the electrode unit and the pMUT element, wherein a biological material is disposed on the electrode element, and the ultrasonic waves generated by the pMUT element are delivered to the biological material, thereby providing ultrasonic stimuli to the biological material. According to the present invention, the cell stimulation apparatus can prevent attenuation of ultrasonic waves delivered to a target object and can accurately deliver ultrasonic stimuli and electric stimuli to the target object.

Description

세포 자극 장치, 초음파 및 전기 자극 장치{CELL STIMULATION APPARATUS, ULTRASOUND AND ELECTRIC STIMULATION APPARATUS}Cell stimulation device, ultrasonic and electrical stimulation device {CELL STIMULATION APPARATUS, ULTRASOUND AND ELECTRIC STIMULATION APPARATUS}

본 발명의 실시예들은 세포 자극 장치, 초음파 및 전기 자극 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to cell stimulation devices, ultrasound and electrical stimulation devices.

일반적으로 인간 및 도물의 기계 반응 조직에 포함된 세포의 경우 인장력, 전단력, 압축력 등과 같은 다양한 기계적 자극에 노출되어 있으며, 따라서 관절 연골 조직의 경우 반복적인 기계적 자극은 관절염과 같은 질병의 원인이 될 수 있다. 이에, 최근 들어 기계적 자극이 유발하는 세포 반응에 대한 연구가 주목받고 있다.In general, cells contained in human and human mechanically responsive tissues are exposed to various mechanical stimuli such as tensile force, shear force, and compressive force, so in the case of articular cartilage tissue, repeated mechanical stimulation can cause diseases such as arthritis have. Accordingly, in recent years, studies on cellular responses caused by mechanical stimulation have attracted attention.

아울러, 줄기세포로부터 인간 및 동물에 대한 대체 조직(replacement tissue), 특히 기계-반응 조직의 경우, 완전한 기능을 가지는 조직으로 줄기세포를 분화시키기 위해서는 줄기세포를 배양하는 동안 배양 중인 세포에 기계적 자극을 인가하는 것이 필요하다. 이 경우 세포에 인가되는 자극의 정도는 세포의 유형 및 분화시키고자 하는 조직의 종류에 따라 다양할 수 있다.In addition, in order to differentiate stem cells from stem cells into fully functional tissues in the case of replacement tissues for humans and animals, especially machine-reactive tissues, mechanical stimulation is performed on the cells being cultured during culturing the stem cells. It is necessary to authorize. In this case, the degree of stimulation applied to the cell may vary depending on the type of cell and the type of tissue to be differentiated.

세포 반응의 연구 및 줄기세포 분화를 위해 세포를 자극하는 연구가 수행되어 왔다. 예를 들면, 한국 특허출원번호 제10-2011-0059156호에는 성체 줄기세포를 위한 초음파 자극형 관류식 배양시스템에 대해 개시되어 있고, 한국 특허출원번호제10-2007-0072023호에는 저강도 초음파를 이용하여 조직 및 세포에서 중간엽 줄기세포를 효율적으로 분리 증식하는 방법에 대해 개시되어 있다.Cell-stimulating studies have been conducted to study cell responses and stem cell differentiation. For example, Korean Patent Application No. 10-2011-0059156 discloses an ultrasonic stimulation-type perfusion culture system for adult stem cells, and Korean Patent Application No. 10-2007-0072023 discloses low intensity ultrasound. Methods for efficiently separating and proliferating mesenchymal stem cells in tissues and cells are disclosed.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The above-described background technology is possessed or acquired by the inventor during the derivation process of the present invention, and is not necessarily a known technology disclosed to the public before the filing of the present invention.

본 발명은 자극 대상에 전달되는 초음파 자극의 감쇠를 방지하고, 자극 대상에 정확하게 초음파 자극 및 전기 자극을 전달할 수 있는 세포 자극 장치, 초음파 및 전기 자극 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a cell stimulation device, an ultrasound device, and an electrical stimulation device capable of preventing attenuation of ultrasonic stimulation delivered to a stimulation object and accurately transmitting ultrasonic stimulation and electrical stimulation to a stimulation object.

본 발명의 일 관점에 따르면, 전극 요소가 설치되는 전극부; 상기 전극부의 상측에 이격 배치되고, 인가된 전압에 의해서 초음파를 발생시키는 pMUT 요소; 및 상기 전극부와 상기 pMUT 요소 사이에 설치되며, 상기 전극부 및 상기 pMUT 요소와 함께 셀 챔버(cell chamber)를 형성하는 웰 요소;를 포함하고, 상기 전극 요소 상에 생체 물질이 배치되며, 상기 pMUT 요소에서 발생되는 초음파가 상기 생체 물질에 전달되어, 상기 생체 물질에 초음파 자극이 제공되는 것을 특징으로 하는, 세포 자극 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, an electrode portion on which an electrode element is installed; A pMUT element that is spaced apart on the upper side of the electrode portion and generates ultrasonic waves by the applied voltage; And a well element installed between the electrode part and the pMUT element, and forming a cell chamber together with the electrode part and the pMUT element. The biomaterial is disposed on the electrode element, and It provides a cell stimulation device, characterized in that the ultrasound is generated from the pMUT element is transmitted to the biological material, the ultrasonic material is provided with ultrasonic stimulation.

본 발명에 있어서, 상기 전극 요소는 상기 생체 물질에 대하여 전기 자극을 제공하고, 상기 초음파 자극 또는 상기 전기 자극에 의해서 상기 생체 물질에서 발생되는 신호를 검출할 수 있다.In the present invention, the electrode element provides electrical stimulation to the biological material, and can detect signals generated from the biological material by the ultrasonic stimulation or the electrical stimulation.

본 발명에 있어서, 상기 전극 요소는 복수 개가 구비되고, 상기 pMUT 요소는 복수 개의 상기 전극 요소에 대응되도록 복수 개가 구비될 수 있다.In the present invention, a plurality of electrode elements may be provided, and a plurality of pMUT elements may be provided to correspond to the plurality of electrode elements.

본 발명에 있어서, 복수 개의 상기 전극 요소 및 복수 개의 상기 pMUT 요소는 각각 어레이(array) 형태로 마련될 수 있다.In the present invention, the plurality of electrode elements and the plurality of pMUT elements may each be provided in an array form.

본 발명에 있어서, 복수 개의 상기 전극 요소 상에 복수 개의 생체 물질이 각각 배치되어, 복수 개의 상기 pMUT 요소 및 복수 개의 상기 전극 요소에 의해서 복수 개의 상기 생체 물질에 대하여 개별적으로 초음파 자극 또는 전기 자극이 제공될 수 있다.In the present invention, a plurality of biomaterials are respectively disposed on a plurality of the electrode elements, so that ultrasonic stimulation or electrical stimulation is individually provided to the plurality of biomaterials by the plurality of pMUT elements and the plurality of electrode elements. Can be.

본 발명에 있어서, 상기 pMUT 요소의 표면은 절연 물질로 도포될 수 있다.In the present invention, the surface of the pMUT element can be applied with an insulating material.

본 발명의 일 관점에 따르면, 자극 대상에 대하여 초음파 자극을 전달하는 초음파 자극부; 상기 초음파 자극부의 하측에 이격 배치되고, 상기 자극 대상에 대하여 전기 자극을 전달하는 전기 자극부;를 포함하고, 상기 자극 대상은 상기 초음파 자극부와 상기 전기 자극부 사이에 배치되고, 상기 초음파 자극부와 상기 전기 자극부의 사이에 배치되며, 상기 초음파 자극부 및 상기 전기 자극부와 함께 상기 자극 대상이 수용되는 셀 쳄버를 형성하는 웰 요소;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초음파 및 전기 자극 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, an ultrasonic stimulation unit for transmitting ultrasonic stimulation to a stimulation object; Included; spaced apart from the ultrasonic stimulation unit, the electrical stimulation unit for transmitting electrical stimulation to the stimulation object; includes, the stimulation object is disposed between the ultrasonic stimulation unit and the electrical stimulation unit, the ultrasonic stimulation unit And a well element which is disposed between the electrical stimulation unit and forms a cell chamber in which the stimulation object is accommodated together with the ultrasonic stimulation unit and the electrical stimulation unit. do.

본 발명에 있어서, 상기 전기 자극부는 상기 초음파 자극 또는 상기 전기 자극에 의해서 상기 자극 대상에서 발생되는 신호를 검출할 수 있다.In the present invention, the electrical stimulation unit may detect a signal generated in the stimulation target by the ultrasonic stimulation or the electrical stimulation.

본 발명에 있어서, 상기 초음파 자극부의 표면은 절연 물질로 도포되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the surface of the ultrasonic stimulator is characterized in that it is applied with an insulating material.

본 발명에 있어서, 상기 초음파 자극부는 pMUT 요소 또는 pMUT 어레이로 마련되고, 상기 전기 자극부는 전극 요소 또는 다채널 전극(Multi-Electrode Array, MEA)으로 마련되는 것을 특징으로 하는, 초음파 및 전기 자극 장치.In the present invention, the ultrasonic stimulation unit is provided with a pMUT element or pMUT array, the electrical stimulation unit is characterized in that provided with an electrode element or a multi-channel electrode (Multi-Electrode Array, MEA), ultrasonic and electrical stimulation device.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 웰 요소로 인하여 초음파 자극부(pMUT 요소)와 전기 자극부(전극부)가 미리 설정된 간격으로 이격되도록 하고, 초음파 자극부에서 자극 대상에 대하여 초음파 자극이 바로 전달될 수 있도록 한다.According to an embodiment of the present invention made as described above, due to the well elements, the ultrasonic stimulation unit (pMUT element) and the electrical stimulation unit (electrode unit) are spaced apart at predetermined intervals, and the ultrasonic stimulation unit for the stimulation object It allows ultrasonic stimulation to be transmitted immediately.

또한, 초음파 자극부에서 자극 대상에 대하여 초음파 자극이 바로 전달됨으로 인하여 전기 자극부를 통과하여 자극 대상에 초음파가 전달되는 것에 비하여 초음파 감쇠를 방지하고, 자극 대상에 초음파가 정확하게 전달되도록 하는 효과가 있다.In addition, since ultrasonic stimulation is directly transmitted from the ultrasonic stimulation unit to the stimulation target, there is an effect of preventing ultrasonic attenuation and accurately transmitting ultrasonic waves to the stimulation target compared to ultrasonic waves passing through the electrical stimulation section and passing the stimulation target.

또한, 초음파 자극부(pMUT 요소)로 자극 대상에 대하여 초음파 자극을 제공 또는 수신할 수 있다.In addition, an ultrasonic stimulus may be provided or received with respect to an object to be stimulated by an ultrasonic stimulator (pMUT element).

또한, 초음파 자극부(pMUT 요소)가 어레이 형태로 마련되는 경우, 적어도 하나의 자극 대상에 대하여 다양한 실험을 빠르게 수행할 수 있다.In addition, when the ultrasonic stimulation unit (pMUT element) is provided in an array form, it is possible to quickly perform various experiments on at least one stimulation object.

또한, MEMS 공정을 이용하여 pMUT 요소(초음파 자극부)의 크기(축소 또는 확장) 및 디자인을 다양하게 제조할 수 있다.In addition, the size (reduction or expansion) and design of the pMUT element (ultrasonic stimulation unit) can be variously manufactured using a MEMS process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치를 도시한 정단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웰 요소 및 전극부가 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치를 도시한 정단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치가 분해된 상태를 도시한 정단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치의 사용 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 및 전기 자극 장치를 도시한 정단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 및 전기 자극 장치의 사용 상태를 도시한 도면이다.1 is a front sectional view showing a cell stimulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a state in which the well element and the electrode unit are coupled according to an embodiment of the present invention.
3 is a front sectional view showing a cell stimulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a front sectional view showing a state in which the cell stimulation apparatus according to an embodiment of the present invention is decomposed.
5 is a view showing a state of use of the cell stimulation device according to an embodiment of the present invention.
6 is a front cross-sectional view showing an ultrasonic and electrical stimulation device according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a state of use of the ultrasonic and electrical stimulation device according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.The present invention can be applied to various transformations and may have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or corresponding components will be denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. .

이하의 실시예에서 층, 막, 영역, 판 등의 각종 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In the following embodiments, when various components such as layers, films, regions, plates, etc. are said to be "on" another component, this is not only when the other component is "on the right", but other components are interposed therebetween. Also included. In addition, for convenience of description, in the drawings, components may be exaggerated or reduced in size. For example, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to what is shown.

이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.In the following embodiments, the x-axis, y-axis, and z-axis are not limited to three axes on the Cartesian coordinate system, and can be interpreted in a broad sense including them. For example, the x-axis, y-axis, and z-axis may be orthogonal to each other, but may refer to different directions that are not orthogonal to each other.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치를 도시한 정단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웰 요소 및 전극부가 결합된 상태를 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치를 도시한 정단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치가 분해된 상태를 도시한 정단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치의 사용 상태를 도시한 도면이다.1 is a front sectional view showing a cell stimulation apparatus according to an embodiment of the present invention. 2 is a view showing a state in which the well element and the electrode unit are coupled according to an embodiment of the present invention. 3 is a front sectional view showing a cell stimulation apparatus according to an embodiment of the present invention. Figure 4 is a front sectional view showing a state in which the cell stimulation apparatus according to an embodiment of the present invention is decomposed. 5 is a view showing a state of use of the cell stimulation device according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치(100)는 전극부(110), pMUT 요소(130), 웰 요소(150)를 포함할 수 있다.1 to 5, the cell stimulation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may include an electrode unit 110, a pMUT element 130, and a well element 150.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극부(110)는 전극 요소(111)가 설치되는 것으로, 구체적으로 기판 상에는 복수 개의 전극 요소(111)가 설치될 수 있다. 복수 개의 전극 요소(111)는 어레이(array) 형태로 마련될 수 있다.1 to 4, the electrode unit 110 according to an embodiment of the present invention is provided with an electrode element 111, and specifically, a plurality of electrode elements 111 may be installed on a substrate. The plurality of electrode elements 111 may be provided in an array form.

어레이 형태의 전극 요소(111)는 다채널 전극(Multi-Electrode Array, MEA)으로 마련될 수 있다. 복수 개의 전극 요소(111)는 서로 이격 배치될 수 있고, 뒤에 설명할 복수 개의 pMUT 요소(130)의 위치에 대응되며 마주보며 이격 배치될 수 있다.The electrode element 111 in the form of an array may be provided as a multi-electrode array (MEA). The plurality of electrode elements 111 may be spaced apart from each other, and may correspond to positions of the plurality of pMUT elements 130 to be described later, and may be spaced apart from each other.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 전극 요소(111)는 평면 형태로 마련되어 전극 요소(111)에서 발생되는 전기 자극을 생체 물질(5)(bio-sample)에 전달할 수 있다.Referring to FIG. 3, a plurality of electrode elements 111 according to an embodiment of the present invention are provided in a flat shape to transmit electrical stimulation generated by the electrode elements 111 to a biomaterial (bio-sample). have.

도 5를 참조하면, 복수 개의 전극 요소(111)의 상부(도 5 기준)에는 서로 동일한 생체 물질(5) 또는 서로 다른 생체 물질(5)이 배치될 수 있다.Referring to FIG. 5, the same biomaterial 5 or different biomaterials 5 may be disposed on the top of the plurality of electrode elements 111 (see FIG. 5 ).

이로 인하여 복수 개의 전극 요소(111) 상부에 배치되는 생체 물질(5) 중 어느 하나에는 상측(도 5 기준)에 배치되는 pMUT 요소(130)에서 초음파 자극을 제공한 다음 생체 물질(5)로부터 전기 신호를 검출하고, 복수 개의 전극 요소(111)의 상부에 배치되는 생체 물질(5) 중 다른 하나에는 전기 자극을 제공한 다음 생체 물질(5)로부터 전기 신호를 검출하며, 복수 개의 전극 요소(111)의 상부에 배치되는 생체 물질(5) 중 또 다른 하나에는 pMUT 요소(130)로부터 초음파 자극을, 전극 요소(111)로부터 전기 자극을 함께 제공한 다음 생체 물질(5)로부터 전기 신호를 검출할 수 있다.Due to this, any one of the biomaterials 5 disposed on the plurality of electrode elements 111 provides ultrasonic stimulation from the pMUT element 130 disposed on the upper side (refer to FIG. 5) and then electricity from the biomaterial 5 Detecting a signal, providing electrical stimulation to the other of the biomaterials 5 disposed on the top of the plurality of electrode elements 111, and then detecting an electrical signal from the biomaterials 5, and a plurality of electrode elements 111 ), an ultrasonic stimulus from the pMUT element 130 and an electrical stimulus from the electrode element 111 are provided in another one of the biomaterials 5 disposed on the upper portion, and then the electrical signal from the biomaterial 5 is detected. Can be.

본 명세서에서 초음파 자극은 도 1 내지 도 7에서 초음파(U)를 의미한다.In this specification, ultrasonic stimulation means ultrasonic waves (U) in FIGS. 1 to 7.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치(100)에서는 복수 개가 구비되는 pMUT 요소(130), 전극 요소(111)에서 동일하거나 서로 다른 생체 물질(5)에 대하여 초음파 자극 및 전기 자극을 이용하여 더욱 다양한 실험을 빠르게 수행할 수 있는 효과가 있다.Referring to FIG. 5, in the cell stimulation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, ultrasonic stimulation is performed on the same or different biological materials 5 in the pMUT element 130 and the electrode element 111 provided with a plurality. And it is possible to perform a variety of experiments more quickly by using electrical stimulation.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 요소(111)는 금, 백금 등을 포함한 금속 박막으로 제작될 수 있고, 평면 형태로 마련될 수 있다.The electrode element 111 according to an embodiment of the present invention may be made of a metal thin film including gold, platinum, or the like, and may be provided in a flat shape.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극부(110), 구체적으로 전극 요소(111)의 상부에는 세포를 포함하는 생체 물질(5)이 배치될 수 있고, 전극 요소(111)에 인가되는 전압에 의해서 생체 물질(5)에 전기 자극을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 5, an electrode part 110 according to an embodiment of the present invention, specifically, a biological material 5 including cells may be disposed on an upper part of the electrode element 111, and the electrode element 111 Electrical stimulation may be provided to the biological material 5 by the voltage applied to the biomaterial 5.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극부(110)는 뒤에 설명할 pMUT 요소(130)로부터 생체 물질(5)에 전달되는 초음파 자극 또는 전극 요소(111)를 통해 생체 물질(5)에 전달되는 전기 자극에 의해서 생체 물질(5)에서 발생되는 신호를 검출할 수 있다.The electrode unit 110 according to an embodiment of the present invention is an ultrasonic stimulus transmitted from the pMUT element 130 to be described later to the biological material 5 or electricity delivered to the biological material 5 through the electrode element 111. The signal generated by the biological material 5 due to stimulation can be detected.

이 경우 생체 물질(5)로부터 검출되는 전기 신호에 의해서 초음파 자극 또는 전기 자극에 의해서 생체 물질(5)에서 발생되는 변화를 확인할 수 있다. In this case, a change generated in the biological material 5 by ultrasonic stimulation or electrical stimulation may be confirmed by the electrical signal detected from the biological material 5.

구체적으로 도시되지는 않았으나, 전극부(110)에는 적어도 하나의 전압 인가 장치(도면 미도시)가 연결될 수 있다. 하나의 전압 인가 장치에 뒤에 설명할 pMUT 요소(130) 및 전극부(110)가 모두 연결되거나, 하나의 전압 인가 장치에는 pMUT 요소(130)가 연결되고, 다른 하나의 전압 인가 장치에는 전극부(110)가 연결되는 등 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.Although not specifically shown, at least one voltage application device (not shown) may be connected to the electrode unit 110. The pMUT element 130 and the electrode unit 110 to be described later are all connected to one voltage application device, or the pMUT element 130 is connected to one voltage application device, and the electrode part ( Of course, various modifications such as 110) are possible.

본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치(100)는, MEMS 공정을 이용하여 전극부(110)의 크기 및 디자인을 다양하게 제조할 수 있다.The cell stimulation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may manufacture various sizes and designs of the electrode unit 110 using a MEMS process.

도 1, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 pMUT 요소(130)는 전극부(110)의 상측(도 1 기준)에 이격 배치되는 것으로, 인가된 전압에 의해서 초음파를 발생시킬 수 있다.1, 3 to 5, the pMUT element 130 according to an embodiment of the present invention is disposed on the upper side of the electrode unit 110 (refer to FIG. 1), and is ultrasonically applied by the applied voltage. Can cause

본 발명의 일 실시예에 따른 pMUT 요소(130)는 인가된 전압에 의해서 초음파를 발생시킬 수 있는 초음파 트랜스듀서의 일종으로서, 초소형 정밀기계 기술(Micro-Electro Mechanical Systems, MEMS)을 이용하여 제작될 수 있다.The pMUT element 130 according to an embodiment of the present invention is a type of ultrasonic transducer capable of generating ultrasonic waves by an applied voltage, and is manufactured using micro-electro-mechanical systems (MEMS). Can be.

도 1, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 pMUT 요소(130)는 마스크(131), 기판부(132), 산화실리콘(133), 하부 전극(134), 압전 물질(135), 상부 전극(136), 커버부(137)를 포함할 수 있다.1 and 3, the pMUT element 130 according to an embodiment of the present invention includes a mask 131, a substrate portion 132, a silicon oxide 133, a lower electrode 134, and a piezoelectric material 135 ), an upper electrode 136, and a cover portion 137.

pMUT 요소(130)는 평면 형태로 마련될 수 있고, pMUT 요소(130)에 전압이 인가되는 경우 평면파 형태의 초음파가 pMUT 요소(130)의 하측(도 5 기준)에 배치되는 생체 물질(5)을 향하여 전달될 수 있다.The pMUT element 130 may be provided in a planar shape, and when a voltage is applied to the pMUT element 130, the biomaterial 5 in which the ultrasonic waves in the form of a plane wave is disposed below (refer to FIG. 5) the pMUT element 130 It can be delivered toward.

이로 인하여 전극 요소(111)의 상부에 배치되는 생체 물질(5), 구체적으로 신경세포와 뇌 절편 등을 포함하는 생체 조직 및 세포에 대하여 초음파 자극, 물리적 자극 또는 기계적 자극을 제공할 수 있다.Due to this, it is possible to provide ultrasonic stimulation, physical stimulation, or mechanical stimulation to the biological material 5 disposed on the electrode element 111, specifically, biological tissues and cells including nerve cells and brain slices.

도 1, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 pMUT 요소(130)는 뒤에 설명할 웰 요소(150)와 결합되며, 구체적으로 pMUT 요소(130)는 일측(도 3 기준 하측)이 전극부(110)와 결합되는 웰 요소(150)의 상측(도 3 기준)을 커버하며, 웰 요소(150)에 위치 고정 결합될 수 있다.1 and 3, the pMUT element 130 according to an embodiment of the present invention is combined with the well element 150 to be described later, and specifically, the pMUT element 130 is one side (lower side based on FIG. 3 ). It covers the upper side of the well element 150 (refer to FIG. 3) coupled to the electrode portion 110 and may be fixedly coupled to the well element 150.

이로 인하여 pMUT 요소(130)는 뒤에 설명할 전극부(110), 구체적으로 전극 요소(111)와 이격 배치되며, 전극 요소(111)의 상부(도 3 기준)에 배치되는 생체 물질(5)을 향해 초음파 자극을 바로 전달할 수 있다. Due to this, the pMUT element 130 is arranged to be spaced apart from the electrode portion 110, which will be described later, specifically, the electrode element 111, and the biological material 5 disposed on the upper portion (refer to FIG. 3) of the electrode element 111. Ultrasonic stimulation can be delivered directly.

이에 더하여 pMUT 요소(130)에서 발생되는 초음파 자극이 전극부(110) 등을 거치지 않고 생체 물질(5)을 향해 바로 전달되므로 초음파 감쇠를 방지하며, 정확하게 생체 물질(5)로 초음파 자극을 전달할 수 있는 효과가 있다.In addition, since ultrasonic stimulation generated by the pMUT element 130 is directly transmitted to the biological material 5 without going through the electrode unit 110, etc., it is possible to prevent ultrasonic attenuation and accurately transmit ultrasonic stimulation to the biological material 5 It has an effect.

도 3, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 pMUT 요소(130)는 복수 개로 마련될 수 있고, 복수 개의 pMUT 요소(130)는 어레이 형태로 마련될 수 있다. 복수 개의 pMUT 요소(130)는 평면 형태로 마련되어, pMUT 요소(130)에서 발생된 초음파가 평면 형태로 복수 개의 전극 요소(111)의 상부(도 5 기준)에 배치되는 생체 물질(5)에 전달될 수 있다.3 and 5, a plurality of pMUT elements 130 according to an embodiment of the present invention may be provided, and a plurality of pMUT elements 130 may be provided in an array form. The plurality of pMUT elements 130 are provided in a planar form, and the ultrasound waves generated by the pMUT elements 130 are transmitted to the biomaterial 5 disposed on the top of the plurality of electrode elements 111 (see FIG. 5) in a planar form. Can be.

본 명세서에서 pMUT 요소(130)가 복수 개가 구비된다는 것은 기판부(132), 산화실리콘(133) 상에 결합되는 하부 전극(134), 압전 물질(135), 상부 전극(136)의 결합체가 복수 개 구비된다는 것을 의미한다.In this specification, the plurality of pMUT elements 130 is provided is a combination of a substrate portion 132, a lower electrode 134 coupled to the silicon oxide 133, a piezoelectric material 135, and an upper electrode 136. It means that the dog is equipped.

도 1, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판부(132)가 제공되고, 기판부(132)의 상면(도 3 기준)에 산화실리콘(133)을 형성하여, 예를 들어 실리콘 SOI(Silicon on insulator) 웨이퍼를 형성한다.Referring to FIGS. 1 and 3, a substrate portion 132 according to an embodiment of the present invention is provided, and the silicon oxide 133 is formed on an upper surface (based on FIG. 3) of the substrate portion 132, for example For example, a silicon silicon on insulator (SOI) wafer is formed.

도 3을 참조하면, 기판부(132)의 외부를 둘러싸며 식각을 위한 마스크(131)가 결합될 수 있다. 산화실리콘(133)이 결합되는 기판부(132)의 상면에 하부 전극(134), 압전 물질(135), 상부 전극(136)의 결합체가 복수 개 구비되어 pMUT 어레이가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, a mask 131 for etching may be combined surrounding the outside of the substrate portion 132. A plurality of combinations of the lower electrode 134, the piezoelectric material 135, and the upper electrode 136 may be provided on the upper surface of the substrate portion 132 to which the silicon oxide 133 is coupled to form a pMUT array.

도 1, 도 3을 참조하면, 산화실리콘(133)의 상측에 하부 전극(134)이 증착되고, 하부 전극(134)의 상면에 압전 물질(135)이 증착되며, 압전 물질(135)의 상면에 상부 전극(136)이 증착된다.1 and 3, the lower electrode 134 is deposited on the upper side of the silicon oxide 133, the piezoelectric material 135 is deposited on the upper surface of the lower electrode 134, and the upper surface of the piezoelectric material 135 In the upper electrode 136 is deposited.

도 3을 참조하면, pMUT 요소(130), 구체적으로 마스크(131), 기판부(132), 산화실리콘(133), 하부 전극(134), 압전 물질(135), 상부 전극(136)를 모두 덮도록 pMUT 요소(130)의 표면은 절연 물질(7)로 도포될 수 있다. 절연 물질(7)은 방수 재질로 형성될 수 있다.Referring to Figure 3, pMUT element 130, specifically the mask 131, the substrate portion 132, silicon oxide 133, the lower electrode 134, the piezoelectric material 135, the upper electrode 136 all The surface of the pMUT element 130 to be covered can be applied with an insulating material 7. The insulating material 7 may be formed of a waterproof material.

본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치(100)는, MEMS 공정을 이용하여 pMUT 요소(130)의 크기 및 디자인을 다양하게 제조할 수 있다.The cell stimulation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may manufacture various sizes and designs of the pMUT element 130 using a MEMS process.

도 1 내지 도 3 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웰 요소(150)는 전극부(110)와 pMUT 요소(130) 사이에 설치되는 것으로, 전극부(110) 및 pMUT 요소(130)와 함께 셀 챔버(3)를 형성할 수 있다.1 to 3 and 5, the well element 150 according to an embodiment of the present invention is installed between the electrode part 110 and the pMUT element 130, the electrode part 110 and pMUT The cell chamber 3 can be formed with the element 130.

도 1, 도 2를 참조하면, 웰 요소(150)는 상부 및 하부(도 1 기준)가 개방된 형상으로 형성될 수 있다. 본 발명에서는 웰 요소(150)가 상부, 하부가 개방되는 원통 실린더 형상으로 형성되나, 이에 한정하는 것은 아니고 상부, 하부가 개방되는 직육면체, 정육면체 등 다양한 변형실시가 가능하다.Referring to FIGS. 1 and 2, the well element 150 may be formed in an upper and lower (refer to FIG. 1) open shape. In the present invention, the well element 150 is formed in a cylindrical cylinder shape in which the upper and lower portions are opened, but is not limited thereto, and various modifications such as a rectangular parallelepiped, a regular cube and the like in which the upper and lower portions are opened are possible.

도 3, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웰 요소(150)의 하단부(도 3 기준)는 전극부(110)에 위치 고정 결합되고, 웰 요소(150)의 상단부(도 3 기준)는 pMUT 요소(130)가 위치 고정 결합될 수 있다.3 and 4, the lower end of the well element 150 according to an embodiment of the present invention (refer to FIG. 3) is fixedly coupled to the electrode 110 and the upper end of the well element 150 (FIG. 3 reference), the pMUT element 130 may be fixedly coupled.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웰 요소(150)의 하단부가 전극부(110)에 위치 고정 결합되면, 개방되는 웰 요소(150)의 상부(도 4 기준)를 통해서 생체 물질(5)이 주입될 수 있다. 이 경우 웰 요소(150)의 내부에서 생체 물질(5)이 배양될 수 있음은 물론이다.Referring to FIG. 4, when the lower end of the well element 150 according to an embodiment of the present invention is fixedly coupled to the electrode unit 110, the living body through the upper portion of the well element 150 (refer to FIG. 4) to be opened. Material 5 may be injected. In this case, of course, the biological material 5 may be cultured inside the well element 150.

본 발명의 일 실시예에 따른 pMUT 요소(130), 구체적으로 커버부(137)에 형성되는 커버홈(138)은 웰 요소(150)의 상단부의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다.The pMUT element 130 according to an embodiment of the present invention, specifically, the cover groove 138 formed in the cover portion 137 may be formed to correspond to the shape of the upper end of the well element 150.

도 3을 참조하면, pMUT 요소(130)가 웰 요소(150)를 커버함으로 인하여, 서로 이격 배치되는 pMUT 요소(130)와 전극 요소(111)가 서로 마주 보며 배치되도록 위치가 고정될 수 있다.Referring to FIG. 3, since the pMUT element 130 covers the well element 150, a position may be fixed such that the pMUT element 130 and the electrode element 111 that are spaced apart from each other are disposed facing each other.

이에 더하여 본 발명의 일 실시예에 따른 웰 요소(150)는 전극 요소(111)의 상부에 생체 물질(5)을 배치하고 생체 물질(5)에 대하여 초음파 자극 또는 전기 자극이 정확하게 전달되도록 전극 요소(111)의 상부에 생체 물질(5)이 안정적으로 유지하게 할 수 있다.In addition, the well element 150 according to an embodiment of the present invention places the biomaterial 5 on the electrode element 111 and the electrode element so that ultrasonic stimulation or electrical stimulation is accurately transmitted to the biomaterial 5. The biological material 5 may be stably maintained on the upper portion of (111).

도 1, 도 3, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웰 요소(150)로 인하여 pMUT 요소(130)와 전극 요소(111)가 미리 설정된 길이만큼 이격 배치될 수 있으며, pMUT 요소(130)로부터 전극 요소(111)를 거쳐서 초음파 자극이 생체 물질(5)로 전달되는 것이 아니라, 전극 요소(111)의 상부에 배치되는 생체 물질(5)을 향해 초음파 자극이 바로 전달될 수 있는 효과가 있다.1, 3 and 5, the pMUT element 130 and the electrode element 111 may be spaced apart by a predetermined length due to the well element 150 according to an embodiment of the present invention, and pMUT The ultrasonic stimulation may not be transmitted from the element 130 to the biological material 5 through the electrode element 111, but the ultrasonic stimulation may be directly transmitted to the biological material 5 disposed on the electrode element 111. It has an effect.

이에 더하여 pMUT 요소(130)로부터 초음파 자극이 전극 요소(111)를 거쳐 전달되는 것이 아니라 직접 생체 물질(5)에 전달됨으로 인하여 초음파가 감쇠되는 것을 방지할 수 있다.In addition, ultrasonic stimulation from the pMUT element 130 can be prevented from being attenuated because the ultrasonic stimulus is not transmitted through the electrode element 111 but directly transmitted to the biological material 5.

도 1, 도 3, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웰 요소(150)로 인하여 전극 요소(111)의 상부에 배치되는 생체 물질(5)을 향해 pMUT 요소(130)에서는 초음파 자극을 전달하고, 전극 요소(111)에서는 전기 자극을 전달하도록 개별적으로 구동될 수 있다. 1, 3, and 5, the pMUT element 130 toward the biomaterial 5 disposed on the electrode element 111 due to the well element 150 according to an embodiment of the present invention It can be individually driven to deliver ultrasonic stimulation and to deliver electrical stimulation at the electrode element 111.

이에 더하여 본 발명의 일 실시예에 따른 웰 요소(150)로 인하여 pMUT 요소(130)가 전극부(110), 구체적으로 전극 요소(111)와 이격 배치되도록 하고, pMUT 요소(130)와 전극 요소(111)가 연속적으로 적층되는 구조에서 초음파 감쇠를 줄이기 위해 요구되는 절연 물질(7) 필요 없이 pMUT 요소(130)에서 생체 물질(5)에 대하여 정확하게 초음파 자극을 전달할 수 있는 효과가 있다.In addition, due to the well element 150 according to an embodiment of the present invention, the pMUT element 130 is arranged to be spaced apart from the electrode unit 110, specifically the electrode element 111, and the pMUT element 130 and the electrode element. In the structure in which 111 is continuously stacked, it is possible to accurately transmit ultrasonic stimulation to the biomaterial 5 from the pMUT element 130 without the need for an insulating material 7 required to reduce ultrasonic attenuation.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치(100)의 작동원리 및 효과에 관하여 설명한다.The operation principle and effect of the cell stimulation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention as described above will be described.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치(100)는 전극부(110), pMUT 요소(130), 웰 요소(150)를 포함할 수 있다.1 to 5, the cell stimulation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may include an electrode unit 110, a pMUT element 130, and a well element 150.

도 2, 도 3를 참조하면, 웰 요소(150)는 전극부(110)와 pMUT 요소(130) 사이에 설치되는 것으로, 상, 하부(도 3 기준)가 개방된 형상으로 형성될 수 있다. 웰 요소(150)의 하단부는 전극부(110)의 상면(도 3 기준)에 결합되고, 웰 요소(150)의 상단부는 pMUT 요소(130)에 의해 커버된다.2 and 3, the well element 150 is installed between the electrode unit 110 and the pMUT element 130, and upper and lower portions (refer to FIG. 3) may be formed in an open shape. The lower end of the well element 150 is coupled to the top surface of the electrode portion 110 (see FIG. 3 ), and the upper end of the well element 150 is covered by the pMUT element 130.

전극부(110)에는 전극 요소(111)가 복수 개 설치되고, pMUT 요소(130), 구체적으로 하부 전극(134), 압전 물질(135), 상부 전극(136)의 결합체가 전극 요소(111)와 마주보며 복수 개 구비될 수 있다.A plurality of electrode elements 111 are installed in the electrode portion 110, and a combination of pMUT elements 130, specifically, the lower electrode 134, the piezoelectric material 135, and the upper electrode 136 is the electrode element 111. A plurality of face to face may be provided.

도 3, 도 4를 참조하면, 웰 요소(150)가 전극부(110), pMUT 요소(130) 사이에 설치됨으로 인하여 pMUT 요소(130)가 전극부(110)와 이격되고, pMUT 요소(130)와 전극부(110) 사이, 구체적으로 전극부(110)에 설치되는 전극 요소(111)의 상면과 pMUT 요소(130)의 하측에 생체 물질(5)이 배치되고, pMUT 요소(130)에서 발생되는 초음파 자극이 생체 물질(5)로 바로 전달될 수 있는 효과가 있다.Referring to FIGS. 3 and 4, the pMUT element 130 is spaced apart from the electrode portion 110 because the well element 150 is installed between the electrode portion 110 and the pMUT element 130, and the pMUT element 130 ) And the electrode part 110, specifically, a biomaterial 5 is disposed on the upper surface of the electrode element 111 and the lower side of the pMUT element 130 installed in the electrode part 110, and in the pMUT element 130 There is an effect that the generated ultrasonic stimulation can be directly transmitted to the biological material (5).

이로 인하여 초음파 자극이 전극부(110) 등을 거치지 않고 바로 생체 물질(5)로 전달될 수 있고, 초음파가 감쇠되는 것을 방지할 수 있다. Due to this, the ultrasonic stimulation can be directly transferred to the biological material 5 without going through the electrode unit 110 and the like, and it is possible to prevent the ultrasonic waves from being attenuated.

이에 더하여 pMUT 요소(130)와 전극부(110)의 개별 구동을 위해 pMUT 요소(130)와 전극부(110)가 순서대로 적층되는 구조에서는 그 사이에 절연 물질(7)의 설치가 요구되는 것에 비하여 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 자극 장치(100)는 웰 요소(150)로 인하여 pMUT 요소(130)와 전극부(110)가 미리 설정된 간격만큼 이격 배치됨으로 인하여 pMUT 요소(130)에서 생체 물질(5)로 바로 초음파 자극을 전달할 수 있고, 전극부(110) 또한 pMUT 요소(130)와 접촉되지 않음으로 인하여 전기 자극을 개별적으로 생체 물질(5)에 전달할 수 있는 효과가 있다.In addition, in a structure in which the pMUT element 130 and the electrode portion 110 are sequentially stacked for the individual driving of the pMUT element 130 and the electrode portion 110, it is necessary to install an insulating material 7 therebetween. In comparison, the cell stimulation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is a living body in the pMUT element 130 because the pMUT element 130 and the electrode unit 110 are spaced apart at predetermined intervals due to the well element 150 It is possible to directly transmit the ultrasonic stimulation to the material 5, and the electrode unit 110 also has the effect of individually transmitting the electrical stimulation to the biological material 5 because it is not in contact with the pMUT element 130.

다시 말하여 생체 물질(5)에 대하여 초음파 자극 및 전기 자극을 독립적으로 제공할 수 있고, 초음파 자극 및 전기 자극을 동시적으로 또는 순차적으로 제공할 수 있는 효과가 있다.In other words, it is possible to independently provide the ultrasonic stimulation and the electrical stimulation for the biological material 5, and there is an effect of providing the ultrasonic stimulation and the electrical stimulation simultaneously or sequentially.

이에 더하여 전극 요소(111)에서는 초음파 자극 또는 전기 자극에 의해서 생체 물질(5)에서 발생되는 신호를 검출할 수 있고, 구체적으로 생체 물질(5)에 대하여 초음파 자극이 제공된 경우, 생체 물질(5)에 대하여 전기 자극이 제공된 경우, 생체 물질(5)에 대하여 초음파 자극 또는 전기 자극이 제공된 경우에 생체 물질(5)로부터 발생되는 신호를 검출할 수 있다.In addition, the electrode element 111 can detect signals generated from the biological material 5 by ultrasonic stimulation or electrical stimulation, and specifically, when ultrasonic stimulation is provided for the biological material 5, the biological material 5 When an electrical stimulation is provided for the biomaterial 5, a signal generated from the biomaterial 5 can be detected when an ultrasonic stimulation or an electrical stimulation is provided for the biological material 5.

더 나아가 pMUT 요소(130)에서는 생체 물질(5)에 초음파 자극을 제공하고, 전극부(110), 구체적으로 전극 요소(111)에서는 생체 물질(5)에서 발생된 신호를 검출할 수 있어, 생체 물질(5)에 대한 초음파 자극 및 신호 검출이 동시적으로 수행될 수 있다.Furthermore, the pMUT element 130 provides ultrasonic stimulation to the biomaterial 5, and the electrode unit 110, specifically, the electrode element 111, can detect signals generated from the biomaterial 5, thereby Ultrasonic stimulation and signal detection for the material 5 can be performed simultaneously.

또한, 전극 요소(111)에서 생체 물질(5)에 전기 자극을 제공한 후에, 전극 요소(111)에서 생체 물질(5)에서 발생된 신호를 검출할 수 있다.In addition, after providing the electrical stimulation to the biological material 5 in the electrode element 111, the signal generated in the biological material 5 can be detected in the electrode element 111.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 및 전기 자극 장치(200)의 구성, 작동원리 및 효과에 관하여 설명한다. Hereinafter, the configuration, operation principle, and effects of the ultrasonic and electrical stimulation apparatus 200 according to an embodiment of the present invention will be described.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 및 전기 자극 장치를 도시한 정단면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 및 전기 자극 장치의 사용 상태를 도시한 도면이다.6 is a front cross-sectional view showing an ultrasonic and electrical stimulation device according to an embodiment of the present invention. 7 is a view showing a state of use of the ultrasonic and electrical stimulation device according to an embodiment of the present invention.

도 6, 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 및 전기 자극 장치(200)는 전기 자극부(210), 초음파 자극부(230), 웰 요소(250)를 포함할 수 있다.6 and 7, the ultrasonic and electrical stimulation apparatus 200 according to an embodiment of the present invention may include an electrical stimulation unit 210, an ultrasonic stimulation unit 230, and a well element 250. .

전기 자극부(210)는 초음부 자극부의 하측에 이격 배치되는 것으로 자극 대상(5)에 대하여 전기 자극을 전달할 수 있다. 초음파 자극부(230)는 전기 자극부(210)의 상측(도 6 기준)에 배치되어 자극 대상(5)에 대하여 초음파 자극을 전달할 수 있다.The electrical stimulation unit 210 is disposed at a lower side of the supersonic stimulation unit and can transmit electrical stimulation to the stimulation object 5. The ultrasonic stimulation unit 230 is disposed above the electrical stimulation unit 210 (refer to FIG. 6) to transmit ultrasonic stimulation to the stimulation object 5.

여기서 자극 대상(5)은 초음파 자극 또는 전기 자극이 요구되는 대상체라면 어느 것이든지 가능하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 및 전기 자극 장치(200)는 의료 기기 등으로 구성될 수 있다.Here, the stimulation target 5 may be any object that requires ultrasonic stimulation or electrical stimulation, and the ultrasonic and electrical stimulation apparatus 200 according to an embodiment of the present invention may be configured as a medical device or the like.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 자극부(230)는 pMUT 요소 또는 피멋 어레이로 마련되고, 전기 자극부(210)는 전극 요소(211) 또는 다채널 전극(MEA)으로 마련될 수 있다. The ultrasonic stimulation unit 230 according to an embodiment of the present invention may be provided as a pMUT element or a pigtail array, and the electrical stimulation unit 210 may be provided as an electrode element 211 or a multi-channel electrode (MEA).

도 6, 도 7을 참조하면, 초음파 자극부(230)는 마스크(231), 기판부(232), 산화실리콘(233), 하부 전극(234), 압전 물질(235), 상부 전극(236), 커버부(237)를 포함할 수 있다. 커버부(237)에는 웰 요소(250)의 형상에 대응되도록 커버홈(238)이 형성되고, 커버홈(238)의 내측에 웰 요소(250)가 끼워지도록 하여 초음파 자극부(230)가 웰 요소(250)를 안정적으로 결합되도록 한다.Referring to FIGS. 6 and 7, the ultrasonic stimulation unit 230 includes a mask 231, a substrate unit 232, silicon oxide 233, a lower electrode 234, a piezoelectric material 235, and an upper electrode 236 , It may include a cover portion 237. A cover groove 238 is formed in the cover portion 237 to correspond to the shape of the well element 250, and the ultrasonic stimulation portion 230 is well formed by fitting the well element 250 inside the cover groove 238. The elements 250 are stably coupled.

이에 더하여 초음파 자극부(230)의 표면에는 방수 재질로 형성되는 절연 물질(7)이 도포될 수 있다.In addition, an insulating material 7 formed of a waterproof material may be applied to the surface of the ultrasonic stimulation unit 230.

도 6, 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웰 요소(250)는 초음파 자극부(230)와 전기자극부의 사이에 배치되며, 초음파 자극부(230) 및 전기 자극부(210)와 함께 셀 챔버(3)를 형성할 수 있다.6 and 7, the well element 250 according to an embodiment of the present invention is disposed between the ultrasonic stimulation unit 230 and the electrical stimulation unit, and the ultrasonic stimulation unit 230 and the electrical stimulation unit 210 ) To form the cell chamber 3.

도 6, 도 7을 참조하면, 초음파 자극부(230), 전기 자극부(210), 웰 요소(250)로 둘러싸이며 형성되는 공간인 셀 챔버(3)의 내부에서 전기 자극부(210), 구체적으로 전극 요소(211)의 상부(도 6 기준)에 배치되는 자극 대상(5)이 수용될 수 있다.Referring to FIGS. 6 and 7, the electrical stimulation unit 210 is inside the cell chamber 3, which is a space formed by the ultrasonic stimulation unit 230, the electrical stimulation unit 210, and the well element 250. Specifically, the stimulation object 5 disposed on the upper portion of the electrode element 211 (see FIG. 6) may be accommodated.

본 발명의 일 실시예에 따른 웰 요소(250)로 인하여 초음파 자극부(230)와 전기 자극부(210)가 적층식 구조가 아닌 마주보며 미리 설정된 간격만큼 이격 배치되고, 초음파 자극부(230)에서 발생되는 초음파 자극이 전기 자극부(210) 등을 거치지 않고 바로 직접 자극 대상(5)에 전달되는 효과가 있다. Due to the well element 250 according to an embodiment of the present invention, the ultrasonic stimulation unit 230 and the electrical stimulation unit 210 are arranged to be spaced apart at predetermined intervals, rather than in a stacked structure, and the ultrasonic stimulation unit 230 There is an effect that the ultrasonic stimulation generated in the direct stimulation target 5 is passed directly to the electrical stimulation unit 210 and the like.

초음파 자극이 자극 대상(5)에 바로 전달됨으로 인하여 초음파 감쇠를 방지하고 자극 대상(5)에 초음파 자극이 정확하게 전달되는 효과가 있다.Since ultrasonic stimulation is directly transmitted to the stimulation object 5, ultrasonic attenuation is prevented and ultrasonic stimulation is accurately transmitted to the stimulation object 5.

또한, 초음파 자극부(230)와 전기 자극부(210)가 순서대로 적층되는 구조에 비하여 초음파 자극부(230)와 전기 자극부(210) 사이에 절연 물질(7)이 설치될 필요가 없으며, 절연 물질(7)이 없이도 초음파 자극부(230)와 전기 자극부(210)가 개별적으로 구동될 수 있다.Further, compared to the structure in which the ultrasonic stimulation unit 230 and the electrical stimulation unit 210 are sequentially stacked, the insulating material 7 does not need to be installed between the ultrasonic stimulation unit 230 and the electrical stimulation unit 210, The ultrasonic stimulation unit 230 and the electrical stimulation unit 210 may be driven separately without the insulating material 7.

구체적으로 초음파 자극부(230)에서 발생된 초음파 자극이 자극 대상(5)에 전달되고, 전기 자극부(210)에서는 자극 대상(5)에 대하여 전기 자극을 제공하거나 자극 대상(5)에서 발생되는 전기 신호를 검출할 수 있다.Specifically, the ultrasonic stimulation generated in the ultrasonic stimulation unit 230 is transmitted to the stimulation object 5, and the electrical stimulation unit 210 provides electrical stimulation to the stimulation object 5 or is generated in the stimulation object 5 Electrical signals can be detected.

본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.The specific implementations described in the present invention are exemplary embodiments, and do not limit the scope of the present invention in any way. For brevity of the specification, descriptions of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings are illustrative examples of functional connections and/or physical or circuit connections. In the actual device, alternative or additional various functional connections, physical It can be represented as a connection, or circuit connections. In addition, unless specifically mentioned, such as "essential", "important", etc., it may not be a necessary component for the application of the present invention.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and should not be determined, and the scope of the spirit of the present invention, as well as the claims to be described later, as well as all ranges that are equivalent to or equivalently changed from the claims. Would belong to

100: 세포 자극 장치 200: 초음파 및 전기 자극 장치
3: 셀 챔버 5: 생체 물질, 자극 대상
7: 절연 물질 U: 초음파
110: 전극부 111, 211: 전극 요소
130: pMUT 요소 131, 231: 마스크
132, 232: 기판부 133, 233: 산화실리콘
134, 234: 하부 전극 135, 235: 압전 물질
136, 236: 상부 전극 137, 237: 커버부
138, 238: 커버홈 150, 250: 웰 요소
210: 전기 자극부 230: 초음파 자극부100: cell stimulation device 200: ultrasonic and electrical stimulation device
3: cell chamber 5: biological material, stimulation target
7: Insulation material U: Ultrasonic
110: electrode portion 111, 211: electrode element
130: pMUT elements 131, 231: mask
132, 232: substrate portion 133, 233: silicon oxide
134, 234: lower electrode 135, 235: piezoelectric material
136, 236: upper electrode 137, 237: cover portion
138, 238: cover groove 150, 250: well element
210: electrical stimulation unit 230: ultrasonic stimulation unit

Claims (10)

전극 요소가 설치되는 전극부;
상기 전극부의 상측에 이격 배치되고, 인가된 전압에 의해서 초음파를 발생시키는 pMUT 요소; 및
상기 전극부와 상기 pMUT 요소 사이에 설치되며, 상기 전극부 및 상기 pMUT 요소와 함께 셀 챔버(cell chamber)를 형성하는 웰 요소;를 포함하고,
상기 전극 요소 상에 생체 물질이 배치되며,
상기 pMUT 요소에서 발생되는 초음파가 상기 생체 물질에 전달되어, 상기 생체 물질에 초음파 자극이 제공되는 것을 특징으로 하는, 세포 자극 장치.
An electrode portion on which the electrode element is installed;
A pMUT element that is spaced apart on the upper side of the electrode portion and generates ultrasonic waves by the applied voltage; And
It is provided between the electrode portion and the pMUT element, a well element forming a cell chamber (cell chamber) with the electrode portion and the pMUT element; includes,
A biomaterial is disposed on the electrode element,
Cellular stimulation apparatus, characterized in that the ultrasonic waves generated from the pMUT element is transmitted to the biological material, so that ultrasonic stimulation is provided to the biological material.
제1항에 있어서,
상기 전극 요소는 상기 생체 물질에 대하여 전기 자극을 제공하고, 상기 초음파 자극 또는 상기 전기 자극에 의해서 상기 생체 물질에서 발생되는 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는, 세포 장치.
According to claim 1,
Wherein the electrode element provides electrical stimulation to the biological material, and detects a signal generated in the biological material by the ultrasonic stimulation or the electrical stimulation.
제2항에 있어서,
상기 전극 요소는 복수 개가 구비되고,
상기 pMUT 요소는 복수 개의 상기 전극 요소에 대응되도록 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는, 세포 자극 장치.
According to claim 2,
The electrode element is provided with a plurality,
Cellular stimulation apparatus, characterized in that a plurality of pMUT elements are provided to correspond to the plurality of electrode elements.
제3항에 있어서,
복수 개의 상기 전극 요소 및 복수 개의 상기 pMUT 요소는 각각 어레이(array) 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는, 세포 자극 장치.
According to claim 3,
The plurality of electrode elements and the plurality of pMUT elements are each provided in an array (array), cell stimulation device.
제4항에 있어서,
복수 개의 상기 전극 요소 상에 복수 개의 생체 물질이 각각 배치되어, 복수 개의 상기 pMUT 요소 및 복수 개의 상기 전극 요소에 의해서 복수 개의 상기 생체 물질에 대하여 개별적으로 초음파 자극 또는 전기 자극이 제공되는 것을 특징으로 하는, 세포 자극 장치.
The method of claim 4,
A plurality of biomaterials are respectively disposed on the plurality of electrode elements, and ultrasonic stimulation or electrical stimulation is separately provided to the plurality of biomaterials by the plurality of pMUT elements and the plurality of electrode elements. , Cell stimulation device.
제1항에 있어서,
상기 pMUT 요소의 표면은 절연 물질로 도포되는 것을 특징으로 하는, 세포 자극 장치.
According to claim 1,
Cellular stimulation device, characterized in that the surface of the pMUT element is applied with an insulating material.
자극 대상에 대하여 초음파 자극을 전달하는 초음파 자극부;
상기 초음파 자극부의 하측에 이격 배치되고, 상기 자극 대상에 대하여 전기 자극을 전달하는 전기 자극부;를 포함하고,
상기 자극 대상은 상기 초음파 자극부와 상기 전기 자극부 사이에 배치되고,
상기 초음파 자극부와 상기 전기 자극부의 사이에 배치되며, 상기 초음파 자극부 및 상기 전기 자극부와 함께 상기 자극 대상이 수용되는 셀 쳄버를 형성하는 웰 요소;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초음파 및 전기 자극 장치.
An ultrasonic stimulation unit for transmitting ultrasonic stimulation to a stimulation object;
Includes; spaced apart from the ultrasonic stimulation unit, the electrical stimulation unit for transmitting the electrical stimulation to the stimulation object;
The stimulation object is disposed between the ultrasonic stimulation unit and the electrical stimulation unit,
It is disposed between the ultrasonic stimulation unit and the electrical stimulation unit, the ultrasonic stimulation unit and the electrical stimulation unit together with the well element forming a cell chamber in which the stimulation object is accommodated; Stimulation device.
제7항에 있어서,
상기 전기 자극부는 상기 초음파 자극 또는 상기 전기 자극에 의해서 상기 자극 대상에서 발생되는 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 초음파 및 전기 자극 장치.
The method of claim 7,
The electrical stimulation unit ultrasonic and electrical stimulation device, characterized in that for detecting the signal generated by the stimulation object by the ultrasonic stimulation or the electrical stimulation.
제7항에 있어서,
상기 초음파 자극부의 표면은 절연 물질로 도포되는 것을 특징으로 하는, 초음파 및 전기 자극 장치.
The method of claim 7,
The surface of the ultrasonic stimulation unit, characterized in that applied with an insulating material, ultrasonic and electrical stimulation device.
제7항에 있어서,
상기 초음파 자극부는 pMUT 요소 또는 pMUT 어레이로 마련되고,
상기 전기 자극부는 전극 요소 또는 다채널 전극(Multi-Electrode Array, MEA)으로 마련되는 것을 특징으로 하는, 초음파 및 전기 자극 장치.The method of claim 7,
The ultrasonic stimulation unit is provided with a pMUT element or pMUT array,
The electrical stimulation unit is characterized in that provided as an electrode element or a multi-channel electrode (Multi-Electrode Array, MEA), ultrasonic and electrical stimulation device.
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